2024年玻璃基板行业五问五答

玻璃基板是什么？

玻璃基板是核心材料用玻璃制成的芯片基板

芯片基板是芯片裸片所在的介质，是芯片封装最后一步的主角，玻璃基板是下一代基板。在确保芯片结构稳定性的同时，基板还将信号从 芯片裸片传送到封装，它们卓越的机械稳定性和更高的互连密度将有助于创造高性能芯片封装。上世纪70年代以来，芯片基板材料经历了 两次迭代，最开始是利用引线框架固定晶片，到90年代陶瓷基板取代了引线框架，现在最常见的是有机材料基板，而玻璃基板是下一代基 板。 玻璃基板是核心材料由玻璃制成的基板。玻璃基板是用玻璃取代有机封装中的有机材料，并不意味着用玻璃取代整个基板，而是基板核心 的材料将由玻璃制成。简单来说，就是在玻璃上打孔、填充和上下互联，以玻璃为楼板构建集成电路的高楼大厦。

玻璃基板封装技术是对CoWoS-S封装的改进

玻璃基板封装技术对CoWoS-S封装进行了改进，将挑战目前半导体封装技术的主导地位。台积电的2.5D芯片封装技术CoWoS-S是将芯片连 接至硅转接板上，再把堆叠芯片与基板连接，实现芯片-转接板-基板的三维封装结构。玻璃基板封装技术对其做了改进，将挑战目前半导 体封装技术的主导地位。（1）基板材料：从FC-BGA载板改为玻璃芯基板。（2）中介层：从硅改为玻璃基板。（3）关键技术：从硅通孔 TSV改成玻璃通孔TGV。

玻璃基板封装的关键技术是TGV

玻璃基板封装的关键技术是TGV。TGV（玻璃通孔）技术是通过在玻璃基板上制作垂直贯通的微小通孔，并在通孔中填充导电材料，从而 实现不同层面间的电气连接。TGV 以高品质硼硅玻璃、石英玻璃为基材，通过种子层溅射、电镀填充、化学机械平坦化、RDL再布线， bump工艺引出实现3D互联，被视为下一代先进封装集成的关键技术。而TSV（硅通孔）技术是在硅中介层打孔。TGV是TSV的延续，两者 都是三维集成的关键技术，在实现更高密度的互连、提高性能和降低功耗等方面发挥重要作用。 目前TGV技术已推进至第三代，最小孔径小于5微米。第三代TGV技术采用精准激光诱导和湿法工艺，既具有超高精度三维加工能力—— 最小孔径小于5微米、最小节距6微米，可通孔金属化、表面布线、三维堆叠，又具有灵活广泛的材料选择性。其用小功率特殊激光器处理 玻璃，不是直接打成一个孔，而是让它发生光化学反应。使材料选择没有严格的限制，实现了应用场景的扩大。

玻璃基板的产业链

玻璃基板产业链上游为生产、原料、设备环节。玻璃基板制造需硅砂、纯碱、石灰石、硼酸、氧化铝等原料；玻璃基板生产工艺包括高温 熔融、均化处理、成型、加工、清洗检验和包装等环节；玻璃通孔设备包括钻孔、电镀、溅射、显影设备。 玻璃基板因独特的物理化学属性，在电子元件材料应用领域展现出巨大潜力。玻璃基板有望在需要高算力和低延迟的场景中大展身手，如 自动驾驶汽车的实时数据处理。其耐高温的特性也使它适合应用于工业物联网、边缘计算等对温度耐受性有严格要求的领域。然而，玻璃 材质在机械性能和抗冲击性上具局限性，故在车载等高要求环境中的应用仍受限。

玻璃基板与传统硅片和PCB相比有哪些优劣势?

玻璃基板封装技术的优劣势

与CoWoS-S封装相比，玻璃基板封装技术的优势可从基板材料、中介层、关键技术、成本四方面展开。（1）材料：玻璃基板封装以树脂 玻璃为基板材料，在芯片对准和互连方面有显著优势。还可能引入超过100x100mm的大型封装基板，允许封装更多芯片，提高性能和集成 度。（2）中介层：玻璃基板封装无需中介层即可直接安装SoC和HBM芯片，使在更低的高度内安装更多芯片成为可能 （3）关键技术： TGV工艺流程比TSV更简单高效，机械、激光或刻蚀等方法组合使用，均可批量进行玻璃打孔。由于玻璃本身绝缘特性，TGV无需沉淀绝 缘层，仅需沉积粘附层与种子层即可进行电镀填充。 （4）成本：玻璃基板封装可通过玻璃面板级工艺进行大批量制作，具成本优势。 但是，玻璃基板封装在最高级别的需求上可能仍无法完全替代CoWoS-S或EMIB技术。

玻璃基板与使用有机基板的传统PCB相比具有一系列优势：（1）超低的平坦度。可改善光刻的焦深及互连的良好尺寸稳定性。（2）良好 的热稳定性和机械稳定性。能承受更高温度，在数据中心应用中更具弹性。（3）可实现更高的互连密度。使互连密度增加十倍成为可能， 对下一代SiP电力和信号传输至关重要。（4）可将图案变形减少50%。提高光刻的焦深并确保半导体制造更加精密和准确。 技术不成熟与市场接受度不高是玻璃基板目前面临的两大挑战。玻璃基板硬度大、脆性高的特点增加了加工难度。此外，在玻璃基板复杂 的生产过程中，需高精度的工艺和设备，对技术要求极高。同时，作为新生事物，玻璃基板的市场接受度也有待提高。相关行业标准和技 术规范也尚未完善，可能会影响其推广和应用。

玻璃通孔TGV与TSV相比的优劣势

与硅通孔TSV相比，玻璃通孔TGV的优势主要体现在以下几方面： （1）低成本：大尺寸超薄面板玻璃易于获取，及不需要沉积绝缘层，玻璃转接板的制作成本大约只有硅基转接板的1/8。而硅通孔制作采 用硅刻蚀工艺，随后需氧化绝缘层、薄晶圆的拿持等技术。（2）优良的高频电学特性：玻璃是绝缘体材料，介电常数只有硅的1/3左右， 损耗因子比硅低2～3个数量级，使衬底损耗和寄生效应大大减小，有效提高传输信号的完整性。硅属半导体材料，传输线在传输信号时， 信号与衬底材料有较强的电磁耦合效应，衬底中产生涡流现象，信号完整性较差。（3）工艺流程简单：不需要在衬底表面及内壁沉积绝 缘层，且超薄转接板不需要二次减薄。（4）机械稳定性强：当转接板厚度小于100μm时，翘曲仍较小。（5）大尺寸超薄玻璃衬底易于获 取：康宁、旭硝子以及肖特等玻璃厂商可以量产超大尺寸（大于2 m×2 m）和超薄（小于50μm）的面板玻璃及超薄柔性玻璃材料。（6） 应用领域广泛：除在高频领域外，透明、气密性好、耐腐蚀等性能优点使其在光电系统集成、MEMS封装领域有巨大应用前景。

玻璃基板行业的市场空间、竞争格局是怎样的?

IC封装基板市场快速发展

全球IC封装基板市场快速发展，预计2029年规模达315.4亿美元。随着服务器、5G、人工智能、大数据、物联网、智能驾驶等领域的快速 发展，芯片需求持续增长，作为核心材料的IC封装基板已成为PCB行业中增长最快的细分行业。受益于先进封装技术发展及算力需求的快 速增长，IC载板的应用和需求持续增加，据Mordor Intelligence预测，IC封装基板市场规模2024年达181.1亿美元，2029年将达315.4亿美元， 在预测期内复合年增长率为11.73%。 玻璃基板作为IC封装基板的最新趋势，预计5年内渗透率达50%以上。玻璃基板是PCB基板的最新趋势，可能将掀起PCB基板的大变革。随 着英特尔、三星等大厂的入局，玻璃基板对有机基板的替代将加速，预计3年内玻璃基板渗透率将达到30%，5年内渗透率将达50%以上。

玻璃基板行业市场空间广阔

全球玻璃基板市场空间广阔，到2031年预计增长至113亿美元。受益于消费电子产品需求不断增长、OLED 和柔性显示器等显示技术的进 步，全球玻璃基板市场规模稳步增长。随着增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR) 的出现，以及太阳能光伏组件玻璃基板需求不断增长，全球玻 璃基板市场空间广阔。根据Date Bridge Market Research预测，将从 2023年的65.4亿美元增长至2031年的113亿美元，预测期内，GAGR为 7.3%。 中国玻璃基板行业市场规模不断扩大，市场前景广阔。随着智能手机、平板电脑、电视等电子产品的普及和更新换代，液晶显示器件的需 求量不断增加，进而推动了玻璃基板市场的增长。中商产业研究院数据显示，2022年中国玻璃基板市场规模约为310亿元，2023年达333亿 元。

巨头为何在当前节点推玻璃基板?

英特尔、三星、英伟达、台积电等大厂入局玻璃基板

追求推进摩尔定律极限，英特尔、三星、英伟达、台积电等大厂纷纷入局玻璃基板。在半导体领域追求推进摩尔定律极限的当下，行业公司都 使出浑身解数，以图纳入更多晶体管、实现更强算力，“玻璃基板”便代表材料环节的竞争。从英特尔的率先入局，到三星、英伟达、台积电 等企业闻风而入，用玻璃材料取代有机基板正成为业内共识。 在高端芯片领域，有机基板将在未来几年达能力极限。有机基板材料主要由类似 PCB的材料和编织玻璃层压板制成，允许通过芯片路由相当 多的信号，包括基本的小芯片设计。但在高端芯片中，有机基板将在未来几年达到能力极限，英特尔将生产面向数据中心的 SiP，具有数十个 tiles，功耗可能高达数千瓦。此类 SiP 需小芯片间非常密集的互连，同时确保整个封装在生产或使用过程中不会因热量而弯曲。虽然硅中介层 （基板上晶圆上的芯片）及其衍生品（例如英特尔的Co-EMIB）这些技术使公司能将芯片的关键路径与快速而致密的硅片连接在一起，但成本 相当高，且无法完全解决有机基板的缺点。

三星将玻璃基板视为未来，英伟达GB200将使用玻璃基板

三星将玻璃基板视为芯片封装的未来，组建“军团”加码研发玻璃基板。三星电子、三星显示、三星电机等主要电子子公司建立联合研发 “统一战线”，着手研发玻璃基板。在1月的CES 2024上，三星电机提出，2024年将建立一条玻璃基板原型生产线，目标是2025年生产原 型，2026年实现量产， 旨在比十年前进入玻璃基板研发的英特尔更快实现商业化。预计三星电子将掌握半导体与基板相结合的信息，三星 显示将承担玻璃加工等任务，三星电机将通过与联盟最大限度地发挥研发协同效应。 英伟达的GB200或将使用玻璃基板，并计划投产。英伟达以GB200为核心发布多款突破产品，宣布GB200采用的先进封装工艺将使用玻璃 基板的供应链已启动，目前处于设计微调和测试阶段。GB200不仅在算力上实现了质的飞跃，将AI性能提升至20 petaflops，能耗成本也显 著降低。后续GB200芯片的正式投产，将明显拉动半导体测试、玻璃基板两大新市场，增量空间巨大。

玻璃基板产业链的哪些环节有望受益?

原料：含氧化铝的高铝玻璃有望受益

玻璃基板产业链上游原料、生产、设备环节有望受益。随着玻璃通孔技术的成熟以及玻璃基板应用领域的突破，玻璃基板需求将迎来大幅 增长，上游原料、生产、设备环节有望受益，从而推动对国内相关生产和设备厂商的需求。 玻璃基板原料氧化铝需求有望迎来增长。玻璃基板制造需硅砂、纯碱、石灰石、硼酸、氧化铝等原料。近五年来，中国氧化铝产量保持稳 步增长趋势，2023年增至8244.10万吨。作为玻璃基板原料之一，氧化铝需求有望迎来增长，预计2024年中国氧化铝产量仍将保持增长。 东旭光电自主研发Panda高铝玻璃，有望在原料环节有所突破。按生产配方差异，玻璃基板分为纳钙玻璃、高铝玻璃两类。纳钙玻璃通过 在二氧化硅基质中加入氧化钙和氧化钠等成分制成，配方相对简单，技术门槛不高。高铝玻璃是在基础玻璃成分中加入氧化铝，这种添加 不仅显著提升玻璃材料的强度，还降低了强化处理的难度，高铝玻璃具有高配方壁垒和复杂的制造工艺，全球仅康宁等少数企业掌握这一 技术。东旭光电子公司旭虹光电自主研发的Panda高铝玻璃是中国第一款光热发电领域的高附力值玻璃，也是全球范围内首次采用高铝玻 璃用于光热项目。

生产：国内玻璃基板生产厂商有望在高世代领域占一席之地

玻璃基板生产环节：（1）高温熔融：将混合的原料放入1500℃以上的高温熔窑中熔融一定时间，确保原料充分熔化并反应，各种杂质和 气泡也逐渐被排出。（2）均化处理：加入均化剂并搅拌，使玻璃液的化学成分更加均匀，提高玻璃基板质量。（3）成型：一、浮法，玻 璃液浇在液态锡流上，让其逐渐冷却凝固；二、卷板法，玻璃液倒在金属带上，通过传送带运动使其逐渐冷却固化。（4）加工：将大尺 寸基板切割成所需尺寸，并打磨边角，提高产品平整度和光洁度。（5）清洗检验：去除基板表面杂质和污染物，同时进行各项物理性能 检测，确保产品符合质量要求。（6）包装和贴膜：将基板进行适当包装和保护，防止在运输和使用过程中受损坏。 国内玻璃基板生产厂商有望在高世代领域占一席之地。国内基板玻璃厂商主要集中在G4.5-G6生产线上。在最先进的8.5代线玻璃基板领域， 随着玻璃基板需求增长，国内企业正加速弥补高世代领域的差距，彩虹集团、东旭光电有望在未来占得一席之地，玻璃基板国产化将提速， 市场空间巨大。目前东旭光电液晶玻璃基板全面覆盖了G5、G6和G8.5代TFT-LCD液晶玻璃基板产品，生产的G5、G6、G8.5代液晶玻璃基 板产品能为不同尺寸需求的下游面板客户包括京东方、龙腾光电等国内知名高端制造企业提供高品质玻璃基板产品。

报告节选：

编辑：火腿肠